插秧机分插系统的设计

目录

一、设计的要求、目的及意义 (1)

1.1水稻插秧机简介 (1)

1.2分差机构的设计要求分析 (1)

二、总体方案设计与论证 (1)

2.1总体方案设计 (1)

2.2总体方案评估与确定 (2)

三、机构分析与计算 (3)

3.1曲柄摇杆机构的三维动态仿真 (3)

3.2曲柄摇杆机构的理论计算验证 (5)

3.2.1建立位移方程 (6)

3.2.2建立速度方程 (7)

3.2.3建立加速度方程 (8)

四、关键部件设计 (9)

4.1推秧机构设计 (9)

五、结论 (11)

六、心得体会和建议 (12)

七、参考文献 (12)

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一、设计的要求、目的及意义

1.1水稻插秧机简介

中国传统的插秧工具──秧马和莳扶，已有近千年的使用历史。宋代苏轼曾作“秧马歌”，叙说了湖北农民使用秧马的情景。使用莳扶可以代替手工分秧，并将秧苗梳入泥中定植，直至20世纪50年代，某些地区仍在使用。中国水稻插秧机的研制工作始于1953年。1956年在莳扶分秧方式的启发下，首次提出群体逐次分格取秧、直接栽插的秧苗分插原理，从而在水稻插秧机的研制上取得了突破，研制出水稻拔取苗移栽的第一代样机。到1960年，各地推荐生产上使用的人力、畜力插秧机已达21种。1967年，第一台自走式机动插秧机“东风-2S”型通过鉴定定型并投入生产，每天可插秧15～20亩。

日本于1898年,发表第一个水稻插秧机专利;意大利于1915年开始研究拔秧苗的水稻插秧机，至50年代已有拖拉机配套的商品出售,但都由于结构复杂、造价高，作业时需用辅助劳力多而未能推广。日本于60年代研制带土小苗的栽植技术和相应的水稻插秧机。1966年后，工厂化水稻育秧设备研制成功，促进了插秧机械化的迅速发展。

1.2分差机构的设计要求分析

分插系统旨在实现秧苗从秧盘上分离到插植入水田中这一动作。该过程的主要步骤有：分秧、运秧、插秧、回程四个阶段。此过程应设计为循环过程以实现更高效的机械自动化。问题的难点在于：1、如何顺利将秧苗从秧盘上分离出来；2、如何保证秧苗在插秧瞬间与地面尽量保持垂直；3、如何在插秧之后顺利进入回程并不碰到已插好的秧苗。为此应该保证分差机构的运动与插秧机的运功的合成运动轨迹为鱼尾线状，且“鱼头”部分越窄小越好。同时根据实际插秧情况，应保证秧苗间距在20cm左右，设计插秧频率拟定为120次/min，插秧深度10~20mm。

二、总体方案设计与论证

2.1总体方案设计

方案甲：

采用曲柄摇杆机构，主动件为曲柄，使秧爪按照特定轨迹运动。此机构设计简单，传动准确，快速。结构简图如下：

图1

方案乙：

采用连杆机构，利用油缸作为主动件，来实现秧爪的特定轨迹运动。此机构设计简单，但是需要额外的液压油路。简图如下：

图2

2.2总体方案评估与确定

评估论证：

方案甲结构简单，使用机构单一，方便制造；方案乙岁结构简单，但是需要设计专用的液压回路，且使用液压设备实现快速动作结构较复杂，制造成本较高。因此相较之下，方案甲更适合农用水稻插秧机的设计。

方案确定：

采用曲柄连杆机构实现分插机构的特定轨迹。

三、机构分析与计算

3.1曲柄摇杆机构的三维动态仿真

首先通过轨迹仿真了解杆1、杆2、杆3分别对运动轨迹的影响，模拟图如下：

图3

图4

由模拟结果可以看出：

杆1的作用：改变轨迹轮廓的大小。

杆2的作用：改变去程和回程直接的水平间隔。

杆3的作用：与杆2协同控制水平间隔。

通过不断调整各杆长度，避免曲柄连杆机构出现死点的同时让轨迹更加符合所需的曲线形式，便得到如下仿真轨迹。

结合实际尺寸情况按比例设计各构件尺寸如下：

杆1（曲柄）长度：35mm 杆2长度：90mm

杆3（摆杆）长度：90mm 分离针前端到A点距离：190mm

保证分离针前端与A，B两点在同一直线上，插植臂与AB的夹角（锐角）为60°下图为水稻插秧机不发生水平移动时的轨迹：

：

图5

加入水平运动后的合成运动轨迹：

图6

局部放大：

图7 3.2曲柄摇杆机构的理论计算验证

图8

3.2.1建立位移方程 1）矢量方程

CB OC AB OA →

→

→

→

+=+

其中，

α

α3

2

,为未知数。将上述方程组联立后得

设 则有

设

设ββα

α-=-33,)cos(A 在0到π之间，α3可求。 2）曲柄OA 的质心

3）连杆AB 的质心

4）摇杆BC 的质心

⎪⎩⎪⎨

⎧==t R t R y x A

A ωωsin cos ⎪⎩⎪⎨

⎧+=+=+=+=αααα2

2332

233sin sin cos cos L y L y y L x L x x A C B A C B [

]

)(sin )(cos 2323332

2

2

2

)()(=-

+-++-+--y

y x x L L L y y x x A

C A C A C A C ααx

x y y C

A

C

A --=

βtan )()()()(2

2

32

2

2

2

3

223)cos(y y x x L L y y x x L C

A C A C A C A ----+-++=

-βα⎪⎩⎪⎨

⎧==t t R y R x ωωsin cos 1

111⎪⎩⎪⎨

⎧++=++=)sin()cos(

22222222ααααa a

A a a A L y y L x x